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渦なし流れ
台風や竜巻は、なぜ渦なし流れなのでしょうか?
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気象や大気シミュレーションをやった事はありませんが、水理学ならやりました。 結局は、問題の規模に合わせた仮定だと思うのですが、渦なし流れの最も単純な例は、非圧縮性渦なし完全流体です。 (1)粘性効果は無視できる(完全流体)。 (2)大気密度一定(非圧縮性)。 (3)考えている領域の境界上の流れがなければ、内部の流れもない(渦なし流れの可能性大)。 (1),(2),(3)を、台風や竜巻について考えてみると・・・。 (1)大気の粘性効果はもともと低い。かつ大きな領域を相手にした解析なので、粘性効果を無視した完全流体で十分だろう(だろうです)。これは河川の水の流れ(粘性効果は空気より大)にも言える事で、粘性が効いてくるのは、岸辺周辺の非常に薄い水の層に限られるので、河川全体の流れを問題にする時は、ふつう無視します。 重要なのは、この時流体の駆動力となるものは、圧力しかない事です。台風や竜巻は、とりあえず気圧差(圧力)によって発生すると考えるのでは?。 (2)大きな領域を相手にした解析なので、大気密度一定と仮定しても良いと思える。 (3)圧力によって台風や竜巻が発生するなら、領域境界に低気圧も高気圧もないなら、当然境界上の流れも無く、発生しないのでは?。 (2)と(3)が成り立てば、流体は速度ポテンシャルを持ち渦なし流れになります。(3)の根拠は、(1)なのでは?、と思えます(つまり、圧力のみで駆動される)。 まぁ~、門外漢の意見なので割り引いて聞いて下さい。ただし一言だけ。 台風や竜巻は、もちろん大域的には渦巻いてます。じっさい領域全体の渦度は0でないし、渦度は完全流体の場合、保存量ですらあります。 でも局所的には「渦なし」になり得ます。「渦なし/渦あり」は流体の局所的な性質であって、大域的な渦巻き(これは流れの様子です)とは別に成り立ちます。
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